專利名稱：一種降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞的方法及裝置的制作方法
一種降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞的方法及裝置技術領域：
本發明涉及一種降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞的方法，尤其涉及一 種通過改變液晶顯示裝置出射光偏振狀態降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞 的方法。背景技術：
隨著液晶技術的不斷發展，液晶顯示器得到廣泛的應用，從液晶手表的 出現開始，液晶就作為電子時代的重要角色分外引人注目。相繼出現了帶有 液晶顯示的便攜式電話、游戲機、電子辭典、攝像機、數字相機、可視電話， 乃至筆記本電腦、監視器、液晶電視等。特別是近來，在電視與個人電腦領域，液晶顯示器已逐步取代CRT，成為市場的主流。請參閱圖1A、 1B所示的液晶顯示器的結構示意圖，液晶顯示器是將兩 塊帶透明電極102， 104的玻璃基板用數微米直徑的玻璃珠或塑料珠隔墊，邊 緣用膠固定，注入扭曲向列相液晶130,液晶130在上下基板之間扭曲90度， 上下基板外側附著兩片光軸互相垂直的偏振片110， 120。上側的偏振片120 偏振光軸(平行于紙面)與上側基板處的液晶取向平行，下側的偏振片110 偏振光軸(垂直于紙面)與下側基板處的液晶取向平行。自然光自上基板至 下基板入射液晶屏，不加電場時光線通過第一塊偏振片變為平行上基板處液 晶取向的偏振光，偏振光被液晶層旋光，轉過90。后正好與下基板處偏振片的光軸相平行，可以透過，作為顯示器的亮態，如圖1A所示；加電場時液 晶分子130沿電場方向豎起，原來的扭曲排列變為垂直平行排列，垂直排列 的液晶對透過它的偏振光不產生作用，透過上偏振片120的偏振光通過液晶 層時偏振狀態不再發生旋轉，到達出射端的偏振片iio時，偏光軸與出射光 的偏振方向垂直，光被截止，呈現暗態，如圖1B所示。如果電場不特別強，液晶分子處于半豎立狀態，旋光作用也處于半完全狀態，則會有部分光透過， 呈現中間灰度，這就是液晶顯示器的工作原理。從液晶顯示器的工作原理可 知，液晶顯示器的出射光是一種線偏振光。除了這種扭曲向列相液晶外，液晶還有展曲、彎曲等畸變特性，不同的 畸變特性對應于液晶的不同顯示模式。但這些不同的顯示模式的基本原理與 上述的扭曲向列相液晶的顯示原理類似，即通過液晶分子的排列改變光線的 偏振方向以實現圖顯示，而最終出射的光是線偏振光。由于液晶顯示裝置的出射光是偏振光，其光矢量的振動方向是固定的， 與線偏振光不同，自然光在各個方向上的矢量分布是均勻的，這種均勻分布 的自然光對人眼的感光細胞的剌激是各向同性的，人類長期的發展過程中， 人眼習慣于這種自然光。隨著信息化的發展，人們對信息獲取需求越來越強烈，白天在公司辦公 使用電腦要面對液晶顯示器，晚上在家看電視或上網，也會要面對液晶電視 或液晶顯示器，因此，隨著液晶顯示裝置的應用普及，人們接觸液晶顯示裝 置的時間將越來越長。因此，改變現有液晶顯示器出射光的偏振狀態，對于保護人眼的健康具 有十分重要的意義。
發明內容本發明所要解決的技術問題在于提供一種降低觀看液晶顯示器產生視覺 疲勞的方法。為解決上述技術問題，本發明的一種技術方案是在液晶顯示裝置與觀 察者之間設置一個能改變光偏振狀態的透光部件，實現將液晶顯示裝置發射 的線偏振光轉變為圓偏振光或橢圓偏振光進入觀者眼睛。所述透光部件是一波長延遲值為入/4奇數倍波長延遲片。 進一步的改進是所述波長延遲片的偏振光軸與出射光偏振片偏振方向成45度或135度。再進一步的改進是所述波長延遲片一層具有A /4補償功能的復合延遲 片，所述復合延遲片由一層入/2延遲片與一層入/4延遲片組成。更進一步的改進所述復合延遲片中的A /2延遲片與A /4延遲片之間的光 軸夾角是45度或135度。本發明要解決的另一個問題是提供一種使用前述方法的液晶顯示裝置， 在其出射光偏振片的外側設置一透光部件，實現從出射光偏振片出射的線偏 振光再進入外部空間之前經由該透光部件之后變成圓偏振光或橢圓偏振光出 射。所述透光部件是延遲值為A/4奇數倍的波長延遲片。進一步的改進是所述波長延遲片的光軸與出射光偏振片的偏振方向成45度或135度。再進一步的改進是所述波長延遲片一層具有入/4補償功能的復合延遲 片，所述復合延遲片由一層入/2延遲片與一層入/4延遲片組成。更進一步的改進，入/2延遲片若復合延遲片中的入/2延遲片與入/4延遲片 之間的延遲光軸夾角為(i)，在A/2延遲片作為入射光面時，入/2延遲片的延 遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為(4>_45)/2，在X/4延遲片作為入 射光面時，入/4延遲片的延遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為45度。本發明提供的一種降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞的方法，通過在液 晶顯示裝置與觀察者之間設置一個能改變光偏振狀態的透光部件，實現將液 晶顯示裝置發射的線偏振光轉變為圓偏振光或橢圓偏振光進入觀者眼睛，將 使得人眼觀看液晶電視更為舒適，有利于降低人眼的疲勞。更進一步有益效果在于通過復合延遲片的使用，能使得延遲片在更寬的 波長范圍內起作用，將更為有效的降低人眼的疲勞。與現有技術相比，本發明提供一種液晶顯示裝置，通過在現在液晶顯示 器的外側增加透光部件，從而改變液晶顯示器的線偏振出射光為圓偏振光出 射光或橢圓偏振光出射光，改變現有液晶顯示器出射光的偏振狀態，使進入 人眼的光為圓偏振光或橢圓偏振光，更進一步有益效果在于通過復合延遲片 的使用，能使得波長延遲片在更寬的波長范圍內起作用，將更加有效的降低 人眼的疲勞。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明圖1A、 1B是液晶顯示器的結構示意圖。圖2是本發明一個實施例液晶顯示屏的立體分解圖。圖3是圖2中液晶顯示屏的光學示意圖。圖4是延遲片的延遲光軸與偏光片光軸的夾角示意圖。 圖5是本發明另一實施例液晶顯示屏的示意圖。 圖6是圖5中液晶顯示屏的光學示意圖。圖7是本發明提供的實施例2中的液晶顯示屏的光學特性對比圖。 圖8是本發明實驗一三種情況下視力下降折線對比圖。 圖9是本發明實驗二二種情況下眨眼頻率折線對比圖。具體實施方式
本發明提供一種降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，在液晶顯 示器與觀察者之間設置一個能改變光偏振狀態的透光部件，實現將液晶顯示 裝置出射的線偏振光轉變為圓偏振光或橢圓偏振光進入觀者眼睛。由于圓偏 振光或橢圓偏振光也是一種偏振光，但由于圓偏振光或橢圓偏振光的矢量方 向是快速旋轉的，其實質上也表現為各向同性，與自然光最接近，人類長期 的發展過程中，人眼適應了自然光，自然也就對圓偏振光或橢圓偏振光較為 適應。實現液晶顯示器出射光偏振狀態改變的透光部件，可以由多種方式設置在液晶顯示器與觀察者之間的任何位置，對于使用個人電腦，透光部件做成 一個類似CRT顯示器中的屏保形式，掛在液晶顯示器上，是一個相對較為簡 單的方式。對于液晶電視而言，該透光部件可以做成一個可移動的透光屏， 設置在觀察者面前，觀察者透過透光屏觀看液晶電視，隨著觀察者位置的調 整，該透光屏可以適時變動位置，如人在客廳時，屏在客廳，人在臥室，屏在臥室，隨時滿足觀看所需。當然，也可以做成一個類似CRT顯示器中的屏保，掛在液晶顯示器上。顯而易見是，本發明提供的一種降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞的方 法，對于任何液晶顯示器而言，將透光部件設置在人眼一端，即觀察者通過 帶一個具有改變光偏振狀態眼鏡，也是一個可選的方式。對于以上所提及的方法，無論哪種方法，因為增加了一個透光部件，在 一定程度上的都會影響到觀看液晶圖像效果。為了能在降低觀看液晶顯示器產生視覺疲勞同時，盡可能的不影響到觀 察圖像效果，本發明提供的另一個實施方式是通過在液晶顯示裝置的出射光偏振片的外側設置一個波長延遲值為X/4奇數倍波長延遲片。如圖2所示， '出射光偏振片110上貼有入/4延遲片16，波長A的范圍通常選定在可見光范 圍內，即波長入的范圍在380 760nm之間，所述波長延遲片16是通過粘著 劑14粘著在出射光偏振片IIO上。另外，為保護波長延遲片16，在延遲片 16外還粘有一層保護膜18，當然還可以增貼防旋光、防反射的等多種功能的 保護膜。請參見圖3，延遲片16延遲光軸設置成與出射光偏振片110的偏振光軸與成45度角或135,在延遲片16的波長延遲值為入/4奇數倍時，對于特定 波長的光，可將從出射光偏振片110出射的線偏振光轉換成圓偏振光。此種 結論可依據以下原理所得假設入射到波長延遲片(即延遲片16)上的線偏振光具有確定的振動面 (如圖7)，振動面的X軸和Y軸的電矢量可表示為<formula>formula see original document page 10</formula>其中，A是入射光的振幅，CD是角頻率，(p是相位角，X是光的波長。并且<formula>formula see original document page 10</formula>(1-2)l式(1-1)可改為<formula>formula see original document page 10</formula>其中5為入射光在X軸和Y軸分量的位相差: 則有(1-5)五 五2 sin %--^_ sin ^ = cos t sin 5￡■ 五J cos %——^ cos ^ = sin t sin <5 A 將式(1-6)方程兩邊分別平方然后相加則得1-6)Q,、+2化-cos 5 = sin 31-7)p,、2+由式(l-7)垂直振動合成的軌跡方程，當位相差5=±71/2時，得到式(l-8)軌跡方程"V " 、2=1 (1-8) 若^=~，則式(1-8)變為圓的方程。由此， 一束線偏振光入射到厚度為d的波晶片上，出射光是圓偏振的條件有為1) A和&之間的位相差——5，由于是由波晶片本身引起 的，所以選用入/4延遲片。 '2) &和^的振幅^= ，假定入射線偏振光的振幅為A，其振動方向與 X軸的夾角為"，則^ = ^°3"， S = Aina。要使a^ ，必須"=45度。總之，令一束線偏振光通過A/4波長奇數倍的波長延遲片，若入/4波長奇數倍的波長延遲片的偏振光軸與出射光的偏振方向成45度角時，可以得到一束圓偏振光。由此可知，通過設置A /4奇數倍波長延遲片可改變液晶顯示裝置的出射 光偏振狀態，可將液晶顯示裝置的線偏振光出射轉變為圓偏振光或橢圓偏振光出射，在波長延遲片的偏振光軸與出射光的偏振方向成45度角時，可以得到圓偏振光。然而，由于液晶顯示裝置的出射光波長在可見光范圍內變化，而對于波 長延遲片而言，其波長延遲值為A/4奇數倍是相對一固定波長值入而言，并 不能對所有的波長都有同樣的效果，因此，對于液晶顯示裝置而言，在出射 光偏振片的外側設置一個A/4奇數倍的波長延遲片，即使是波長延遲片的偏振光軸與液晶顯示裝置出射光的偏振方向成45度角時，也僅能將某一個固定波長的光轉變為圓偏振光，而對于其它波長的光只能轉變有橢圓偏振光，且 出射光的波長值與波長延遲片的固定波長值A相差越大，轉變成的橢圓偏振 光的長短軸之比值越高，也即轉變為圓偏振光的效果越差。為了能夠在最大程度上平衡對可見光范圍內所有波長的偏振光的轉變效 果，波長延遲片的波長延遲值的相對波長值入通常采用的是可見光范圍內的一個中間值，即取屬于黃色光范圍500nm至550nm之間的一個值。由于單層的A/4奇數倍的波長延遲片僅能將特定波長光轉變成圓偏振 光，對其它波長的光轉變成圓偏振光的效果不高，為此，本發明提供一種能 在更寬的波長范圍內對線偏振光轉變成圓偏振光有更好效果的復合延遲片。請一同參閱圖5至圖6，在其出射光片偏振片110外側依次設置有一層 入/2延遲片26a與一層入/4延遲片26b，若出射光偏振方向與1/2延遲片的 延遲光軸夾角為e ，要保證所述A/4延遲片的延遲光軸與出射光偏振方向夾 角為2 9+45°或2 6+135°,其中9的變化范圍在0~90°之間。若復合延遲片中的A /2延遲片與入/4延遲片之間的延遲光軸夾角為4> ，在入/2延遲片作為入射光面時，入/2延遲片的延遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為(4)-45)/2，在入/4延遲片作為入射光面時，入/4延遲片的延 遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為45度。實際應用過程中，可將入/2延遲片26a與一層入/4延遲片26b做成一個 具有入/4補償功能的復合延遲片26，此時，要將入/2延遲片26a與一層入/4 延遲片26b之間的光軸夾角為45°或135° 。本實施例中的復合延遲片的使用是偏振光從A/2延遲片26a進，從入/4 延遲片26b出，反過來使用亦可，偏振光從A/4延遲片26b進，從A/2延遲 片26a出，只要保證A /4延遲片與出射光偏振片的偏振光軸成45或135夾角， 復合延遲片將偏振光轉變成圓偏振光的效果沒有明顯的差別。另外，復合延遲片26與出射光偏振片110相對的另一側還粘有保護膜 18。所述入/4延遲片26b及A /2延遲片26a波長延遲值分別優選為140nm及 270nm。因此可以將液晶顯示器出射光由線偏振光盡可能的轉換成圓偏振光 及橢圓偏振光輸出。請參閱圖7，是本發明提供的兩種液晶顯示裝置對單層延遲片與復合延 遲片對不同波長的延遲效果的對比，采用入/2延遲片26a與入/4延遲片26b 組合復合延遲片26，相較單層的入/4延遲片，復合延遲片26可在更寬的波 長范圍內起到的補償效果。為驗證偏振光與圓偏振光對人眼疲勞影響，申請人對本發明提供的兩個 實施例進行了試驗驗證。實驗一是測試偏振光與圓偏振光對人眼視力下降程度的影響。實驗時使用32英寸的液晶電視，通過分別對常規液晶電視、加入/4延遲片的液晶電 視以及加入/2波片和人/4波片組成的復合延遲片的k晶電視，連續觀看DVD 電視節目180分鐘內，每隔30分鐘進行一次檢測，對眼睛的疲勞自覺癥狀和 視力情況進行了調査。三種情況下電視的最高亮度都設置為325cd/m2，觀看 環境為一般家庭的照度等級，即90 1001ux，觀看者距離屏幕約2.2m。實驗得出的結果如下，請參閱圖8，常規液晶電視、加入/4延遲片的液 晶電視以及加入/2延遲片和A /4延遲片的組成復合延遲片的液晶電視，三種 情況下，觀看DVD節目的視力隨觀看時間的長短都有不同程度的下降。對 比來看，觀看半小時以后，三種情況暫時性視力都有不同程度下降。加上入 /4延遲片以及A /2延遲片和入/4延遲片組成的復合延遲片，相對常規液晶電 視觀看者視力下降幅度比較少，其中復合延遲片的效果比入/4延遲片的對視 力下降幅度更小，由此可見，將液晶電視的出射光由線偏振光轉換在圓偏振 光對保護觀看者視力下降是有益的。為不中斷觀看的連續性，'更客觀反映線偏振光與圓偏振光對人眼視覺疲 勞的影響，申請人通過眼電圖(EOG)記錄儀來記錄人眼的電生理信號，從 中獲取人眼眨眼頻率。眨眼頻率是反映視覺疲勞的重要參考指標之一，視覺 越疲勞，眨眼頻率越高。考濾到受檢者可能受到故事片內容的吸引而在無意 識中降低眨眼頻率，為了盡量避免心理因素對眨眼頻率的影響，申請人在故 事片播放前和結束后記錄眨眼次數。同時為了使受檢者既盡量不受心理因素影響而又能持續觀看，我們在故事片播放前和結束后的EOG記錄中，各播放7分鐘的沒有情節的風光片，EOG記錄時間各為400s。在EOG記錄紙上 分別數出兩個記錄時間段內的眨眼次數。為了了解受檢者在觀看故事片過程中眨眼頻率的變化，在此過程中也進 行3次EOG記錄，分別在故事片開始后的60min, 90min和120min。本實驗選擇64例正常人隨機平分兩組，每組32例。 一組觀看L型樣機， 簡稱線偏組， 一組觀看C型樣機，簡稱圓偏組。線偏組男21例，女ll例， 年齡平均24.6歲；圓偏組男17例，女15例，年齡平均24.3歲。經統計分 析，兩組間的性別和年齡無顯著差異。正常人標準為視力(或矯正視力)大 于或等于1.0,無眼病、神經或心理疾病史。將各個時段的兩組眨眼次數平均值率繪制成折線圖，如圖9所示，可以 看到在觀看故事片的過程中，眨眼頻率呈現一個上升的趨勢。但在第60min 時，兩組的眨眼頻率分別低于同組觀看故事片前的眨眼頻率，這是由于內容 的吸引使得眨眼頻率降低。但是隨著觀看故事片時間的延長，由于角膜的不 適，眨眼頻率逐漸上升，并超過觀看故事片前的水平。所以可以認為在觀看 故事片的較短時間內眨眼頻率所受的影響主要來自于心理因素，而之后對眨 眼頻率的影響中，生理因素逐漸上升為主導因素。由上述兩個試驗證明，圓偏振光或橢圓偏振光相比線偏振光能明顯的降 低人眼視覺疲勞，也就是說將液晶電視線偏振光輸出改為圓偏振光或橢圓偏 振光輸出對降低人眼的視覺疲勞具有明顯的效果。
權利要求
1.一種降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，在液晶顯示裝置與觀察者之間設置一個能改變光偏振狀態的透光部件，實現將液晶顯示裝置發射的線偏振光轉變為圓偏振光或橢圓偏振光進入觀者眼睛。
2. 如權利要求l所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特征在于所述透光部件是一個可單獨移動的屏。
3. 如權利要求1或2所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法， 其特征在于所述透光部件是一波長延遲片。
4. 如權利要求3所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特 征在于所述波長延遲片的波長延遲值為入/4的奇數倍。
5. 如權利要求4所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特 征在于波長延遲片的光軸與出射光偏振片的偏振方向成45度或135度。
6. 如權利要求3所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特 征在于所述波長延遲片是具有入/4延遲功能的復合延遲片。
7. 如權利要求6所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特 征在于所述復合延遲片由一層入/2延遲片與一層入/4延遲片組成。
8. 如權利要求7所述的降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法，其特 征在于若復合延遲片中的入/2延遲片與入/4延遲片之間的延遲光軸夾角為 4>，在入/2延遲片作為入射光面時，人/2延遲片的延遲光軸與出射光偏振片 的偏振方向夾角為(4>_45)/2，在入/4延遲片作為入射光面時，入/4延遲片的延遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為45度。
9. 一種使用權利要求1所述方法的液晶顯示裝置，在出射光偏振片的外側至外部空間的任一區域內設置一透光部件，實現從出射光偏振片出射的線偏 振光再進入外部空間之前經由該透光部件之后變成圓偏振光或橢圓偏振光出 射，用于減輕觀看者視覺疲勞。
10. 如權利要求9所述的一種液晶顯示裝置，其特征在于所述透光部件為波長延遲值是A /4奇數倍的波長延遲片。
11. 如權利要求9所述的一種液晶顯示裝置，其特征在于所述透光部 件為波長延遲值具有A /4奇數倍延遲功能的復合延遲片。
12. 如權利要求ll所述的一種液晶顯示裝置，其特征在于所述復合延 遲片由一層入/2延遲片與一層A /4延遲片組成。
13. 如權利要求12所述的一種液晶顯示裝置，其特征在于若復合延遲 片中的A /2延遲片與A /4延遲片之間的延遲光軸夾角為小，在入/2延遲片作為 入射光面時，入/2延遲片的延遲光軸與出射光偏振片的偏振方向夾角為(4> -45) /2，在入/4延遲片作為入射光面時，入/4延遲片的延遲光軸與出射光偏 振片的偏振方向夾角為45度。
全文摘要
本發明提供一種降低觀看液晶顯示裝置產生視覺疲勞的方法及其裝置，本發明所述的方法是通過在液晶顯示裝置的出射光偏振片的外側至外部空間的任一區域內設置一透光部件，實現從出射光偏振片出射的線偏振光再進入外部空間之前經由該透光部件之后變成圓偏振光或橢圓偏振光出射，從而改變現有液晶顯示器出射光的偏振狀態，使進入人眼的光為圓偏振光或橢圓偏振光，以實現降低觀看者的視覺疲勞。
文檔編號G02F1/1335GK101256303SQ200710306638
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年2月6日
發明者東 付, 孫賢文, 泓 張, 謝相偉, 閆曉林, 黃衛東 申請人:深圳Tcl工業研究院有限公司